JPH09210918A - Optical system for detecting foreign matter on silicon wafer surface - Google Patents

Optical system for detecting foreign matter on silicon wafer surface

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JPH09210918A
JPH09210918A JP3548096A JP3548096A JPH09210918A JP H09210918 A JPH09210918 A JP H09210918A JP 3548096 A JP3548096 A JP 3548096A JP 3548096 A JP3548096 A JP 3548096A JP H09210918 A JPH09210918 A JP H09210918A
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JP
Japan
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light
foreign matter
angle
polarized
silicon wafer
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JP3548096A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Hachikake
保夫 八掛
Shigeharu Iizuka
繁晴 飯塚
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Hitachi High-Tech Corp
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Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハの表面または内部に存在す
る、結晶欠陥と酸化物層によるノイズを減少して、表面
に存在する0.1μm以下の異物を検出する。 【解決手段】 波長488nmのP偏光のレーザビーム
LT を出力するアルゴンレーザ発振管511 と、これを集
束してウエハ1の表面に対してブリュースター角θB で
投射する集束レンズ512 とよりなる投光系51と、光軸が
ブリュースター角θB と等しい受光角θR に設定され、
約20°の集光角を有する集光レンズ521と、S偏光フ
ィルタ522 、および光電子増倍管523 よりなる受光系52
とにより構成される。
(57) Abstract: Noises due to crystal defects and an oxide layer existing on the surface or inside of a silicon wafer are reduced, and a foreign substance of 0.1 μm or less existing on the surface is detected. An argon laser oscillator tube 511 that outputs a P-polarized laser beam L T having a wavelength of 488 nm, and a focusing lens 512 that focuses this and projects it onto the surface of the wafer 1 at a Brewster angle θ B. The light projecting system 51 and the light receiving angle θ R whose optical axis is equal to the Brewster angle θ B are set,
Light receiving system 52 including a condenser lens 521 having a condenser angle of about 20 °, an S polarization filter 522, and a photomultiplier tube 523.
It is composed of

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンウエハ
の表面に存在する異物を検出するための光学系に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for detecting foreign substances existing on the surface of a silicon wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ICの素材のシリコンウエハは、
高純度の多結晶シリコンから、引き上げ法などにより単
結晶シリコンのインゴットを作り、これをスライスして
薄板とし、その表面を研磨して鏡面に仕上げて製作さ
れ、さらに表面に付着した異物を洗浄して使用される。
この洗浄にもかかわらず、いくらかの異物が表面に残留
することがあり、これが残留するとICの品質を阻害す
るので、異物検査装置により異物の有無が検査され、も
し有るときはさらに洗浄が繰り返されるどの措置がとら
れている。
2. Description of the Related Art Silicon wafers, which are the materials for semiconductor ICs,
A single crystal silicon ingot is made from high-purity polycrystalline silicon by a pulling method, etc., sliced into a thin plate, the surface of which is polished to a mirror finish, and foreign matter adhering to the surface is washed. Used.
Despite this cleaning, some foreign matter may remain on the surface, and if it remains, it impairs the quality of the IC. Therefore, the foreign matter inspection apparatus inspects for the presence of foreign matter, and if there is, further cleaning is repeated. Which measures are being taken.

【0003】図6により従来の異物検査装置の概要を説
明する。(a) は異物検査装置の基本構成を示し、回転・
移動テーブル2と、検査光学系3、およびデータ処理部
4などよりなる。被検査のシリコンウエハ(以下単にウ
エハ)1は回転・移動テーブル2に載置され、これに対
して検査光学系3のレーザ光源31が出力するレーザビー
ムLT は、コリメータレンズ32により平行とされ、ミラ
ー33を経て集束レンズ34によりスポットSP に集束され
てウエハ1の表面に垂直に投射される。回転・移動テー
ブル2の回転と半径方向の移動により、スポットSP は
ウエハ1の表面をスパイラル状に走査してウエハ1の全
面が走査される。表面に異物eが存在すると、(b) に示
すように、スポットSP は異物eによりランダムな方向
に散乱光Se を散乱し、その一部は光軸が45°をなす
集光レンズ35により集光されて光電子増倍管(PMT)
36に受光され、その出力信号はデータ処理部4の異物検
出回路41に入力し、これに設定された適当な閾値vに比
較されてノイズが除去され、異物eとその大きさが検出
される。検出された大きさデータはデータ編集回路42に
入力し、異物eのXY座標値が付加されて異物データが
編集され、プリンタ43によりプリントされてマップ表示
される。
An outline of a conventional foreign matter inspection apparatus will be described with reference to FIG. (a) shows the basic structure of the foreign matter inspection device,
It includes a moving table 2, an inspection optical system 3, a data processing unit 4, and the like. A silicon wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) 1 to be inspected is placed on a rotary / movable table 2, and a laser beam L T output from a laser light source 31 of an inspection optical system 3 is collimated by a collimator lens 32. After passing through the mirror 33, the light is focused on the spot S P by the focusing lens 34 and projected vertically onto the surface of the wafer 1. By the rotation and movement of the rotation / movement table 2 and the movement in the radial direction, the spot S P spirally scans the surface of the wafer 1 and the entire surface of the wafer 1 is scanned. When the foreign matter e exists on the surface, as shown in (b), the spot S P scatters the scattered light S e in a random direction by the foreign matter e, and a part of the scattered light S e forms a condensing lens 35 having an optical axis of 45 °. Collected by the photomultiplier tube (PMT)
The light is received by 36, and its output signal is input to the foreign matter detection circuit 41 of the data processing unit 4, compared with an appropriate threshold value v set therein to remove noise, and the foreign matter e and its size are detected. . The detected size data is input to the data editing circuit 42, the XY coordinate values of the foreign matter e are added to edit the foreign matter data, and the printer 43 prints and displays the map.

【0004】上記の検査光学系3においては、レーザ光
源31として、短い波長のレーザを発振するアルゴンレー
ザ管を使用し、スポットSP の直径を微小な数μmとし
て強度を強くし、集光レンズ35には集光角の大きいもの
を使用して散乱光Se を有効に集光し、またPMT36は
大きい増幅率を有するので、異物eは0.15μm程度
の直径まで検出可能とされている。
In the inspection optical system 3 described above, an argon laser tube that oscillates a laser having a short wavelength is used as the laser light source 31, the diameter of the spot S P is set to a minute few μm to increase the intensity, and a condenser lens is used. Since a large condensing angle is used for 35 to effectively condense the scattered light S e and the PMT 36 has a large amplification factor, the foreign matter e can be detected up to a diameter of about 0.15 μm. .

【0005】最近におけるICメモリの集積密度は16
メガビットから64メガビットまたはそれ以上に向上し
ており、16メガビット以下のICメモリの異物管理
は、0.2μm以上の直径のものが有害とされていた
が、64メガビット以上の場合は、0.1μm以下の異
物も品質を阻害するものとされている。これに対して、
上記のスポットSP の強度や、集光レンズ35の集光角、
PMT36の増幅率などをさらに増強しても、これに伴っ
てノイズが増加するため、0.1μm以下の異物eの検
出は困難である。このノイズの原因は種々あるが、その
中には、ウエハ1の製造過程で生じ、表面または内部に
存在する結晶欠陥(COP;crystal Originated Part
icle)や酸化物層(OSF;Oxidation Induced Stacki
ng Folt )があり、これらが散乱する散乱光がノイズと
なって、異物の散乱光Se のS/N比が劣化するからで
ある。
Recently, the integration density of IC memory is 16
It has been improved from megabits to 64 megabits or more, and foreign matter management of IC memory of 16 megabits or less was said to be harmful if it had a diameter of 0.2 μm or more, but 0.1 μm for 64 megabits or more. The following foreign substances are also considered to impair the quality. On the contrary,
The intensity of the spot S P , the converging angle of the condenser lens 35,
Even if the amplification factor of the PMT 36 is further increased, noise is increased accordingly, so that it is difficult to detect the foreign matter e of 0.1 μm or less. There are various causes of this noise. Among them, there are crystal defects (COP: crystal Originated Part) which are generated in the manufacturing process of the wafer 1 and exist on the surface or inside.
icles) and oxide layers (OSF; Oxidation Induced Stacki)
ng Folt), and the scattered light scattered by these becomes noise, and the S / N ratio of the scattered light S e of the foreign matter deteriorates.

【0006】図7は、COPとOSFのモデルを示す断
面図で、COPはウエハ1の表面に皿状をなして浅く、
またはやや深く存在し、または内部にも存在する。OS
Fも同様に表面や内部に存在し、これらは異物eと同様
にレーザビームLT を散乱する。
FIG. 7 is a sectional view showing a model of COP and OSF. The COP is dish-shaped on the surface of the wafer 1 and is shallow,
Or it exists rather deeply, or it exists inside. OS
F is also present on the surface and inside, and scatters the laser beam L T like foreign matter e.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】異物eの検出性能を従
来以上に向上するためには、COPとOSFによるノイ
ズを減少して、異物eの散乱光Se のS/N比を良好と
することが必要である。この発明は、上記の検査光学系
3を改善して、COPとOSFによるノイズを減少し、
0.1μm以下の異物を検出することを課題とする。
In order to improve the detection performance of the foreign matter e more than before, noise due to COP and OSF is reduced to improve the S / N ratio of the scattered light S e of the foreign matter e. It is necessary. The present invention improves the inspection optical system 3 described above to reduce noise due to COP and OSF,
An object is to detect a foreign matter having a size of 0.1 μm or less.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決したシリコンウエハ表面の異物検出光学系であっ
て、屈折率nのシリコンウエハの表面に対して、レーザ
光源よりP偏光のレーザビームをブリュースター角θB
で投射し、投射されたレーザビームの表面によるP偏光
の正反射光を零に近い極小値とする投光系と、投光系に
対して対称的に設けられ、光軸がブリュースター角θB
に等しい受光角θR に設定され、適当な集光角を有し、
表面に存在する異物によるランダム偏光の散乱光を集光
する集光レンズと、集光された散乱光のS偏光成分を抽
出するS偏光フィルタ、および抽出されたS偏光成分を
受光して、異物信号を出力する受光器よりなる受光系と
により構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an optical system for detecting foreign matter on the surface of a silicon wafer, which solves the above-mentioned problems, wherein a P-polarized laser from a laser light source is applied to the surface of the silicon wafer having a refractive index n. Beam the Brewster angle θ B
And a projection system that minimizes the P-polarized specular reflection light from the surface of the projected laser beam to a minimum value close to zero, and is provided symmetrically with respect to the projection system, and the optical axis is the Brewster angle θ. B
Is set to an acceptance angle θ R equal to
A condensing lens for condensing randomly polarized scattered light due to a foreign substance existing on the surface, an S polarization filter for extracting the S polarized component of the condensed scattered light, and an extracted S polarized component for receiving the foreign substance And a light receiving system including a light receiver that outputs a signal.

【0009】上記の投光系のレーザ光源は、波長λが4
88nmのP偏光のレーザビームを出力するアルゴンレ
ーザ管とし、この波長λに対するシリコンウエハの屈折
率nを4.0、この屈折率nに対するブリュースター角
θB を76°とし、受光系の受光角θR を約76°に、
集光レンズの集光角を約20°にそれぞれ設定したもの
である。
The above-mentioned light source of the projection system has a wavelength λ of 4
An argon laser tube that outputs a P-polarized laser beam of 88 nm is used, the refractive index n of the silicon wafer for this wavelength λ is 4.0, and the Brewster angle θ B for this refractive index n is 76 °. θ R to about 76 °,
The converging angle of the condensing lens is set to about 20 °.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】まず、図1および図2により、こ
の発明において重要なブリュースター角θBについて説
明する。図1において、屈折率n1 =1の空気側から、
屈折率n2 の誘電体の表面に対して、[P]偏光波と
[S]偏光波の光束Lを、それぞれ適当な入射角θ1 で
投射すると、光束Lは表面により正反射され、また屈折
率n2 により決まる屈折角θ2 を屈折して表面を透過
し、誘電体の内部に侵入する。この場合、[P]偏光波
の正反射光R[P]と透過光T[P]と、[S]偏光波
の正反射光R[S]と透過光T[S]とは、入射角θ1
のいかんによりそれぞれ大幅に変化する。いま、rを表
面のエネルギー反射率、tを表面のエネルギー透過率と
すると、[P]偏光波に対する反射率r[P],透過率
t[P]と、[S]偏光波に対する反射率r[S],透
過率t[S]は、次の公知の各式により与えられる。 r[P]=[tan(θ1 −θ2)/tan(θ1 +θ2)]2 ………(1) t[P]=1−r[P] ………(2) r[S]=[sin(θ1 −θ2)/sin(θ1 +θ2)]2 ………(3) t[S]=1−r[S] ………(4) ただし、θ2 はスネルの法則により、次式により決ま
る。 n1 sinθ1 =n2 sinθ2 ………(5) 式(1) において、θ1 +θ2 =π/2 のときはtan
(θ1 +θ2)が無限大となるため、r[P]は0となっ
て正反射光R[P]は消失し、このときのθ1がすなわ
ちブリュースター角θB である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the Brewster angle θ B which is important in the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, from the air side with a refractive index n 1 = 1
When the light flux L of the [P] polarized wave and the [S] polarized wave are projected onto the surface of the dielectric having the refractive index n 2 at appropriate incident angles θ 1 , the light flux L is specularly reflected by the surface, and It refracts at a refraction angle θ 2 determined by the refraction index n 2, passes through the surface, and enters the inside of the dielectric. In this case, the regular reflection light R [P] of the [P] polarized wave and the transmitted light T [P], and the regular reflection light R [S] of the [S] polarized wave and the transmitted light T [S] are incident angles. θ 1
It changes greatly depending on the situation. Now, let r be the energy reflectance of the surface and t be the energy transmittance of the surface, then the reflectance r [P] for the [P] polarized wave, the transmittance t [P], and the reflectance r for the [S] polarized wave. [S] and transmittance t [S] are given by the following known equations. r [P] = [tan (θ 1 −θ 2 ) / tan (θ 1 + θ 2 )] 2 ……… (1) t [P] = 1−r [P] ……… (2) r [S ] = [Sin (θ 1 −θ 2 ) / sin (θ 1 + θ 2 )] 2 ……… (3) t [S] = 1−r [S] ……… (4) where θ 2 is a snell Is determined by the following equation. n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 (5) In equation (1), when θ 1 + θ 2 = π / 2, tan
Since (θ 1 + θ 2 ) becomes infinite, r [P] becomes 0 and the specularly reflected light R [P] disappears, and θ 1 at this time is the Brewster angle θ B.

【0011】さて、この発明においてはシリコンウエハ
1のブリュースター角θB を知ることが必要であり、こ
れはシリコンの屈折率nより算出することができる。た
だし、一般的にシリコンやガラスなどの屈折率nは波長
λに依存して変化するもので、例えば波長3μmに対す
るシリコンの屈折率nとして、3.43が公表されてい
る(光工学ハンドブック:p307 参照)。しかし、検出
光学系に使用するレーザビームの波長λは、レーザ光源
の種類により異なるので、その波長λに対する正確な屈
折率nが欲しい。これに対して、この発明の発明者は、
実験によりシリコンウエハ1のブリュースター角θB を
直接求めている。
In the present invention, it is necessary to know the Brewster's angle θ B of the silicon wafer 1, which can be calculated from the refractive index n of silicon. However, the refractive index n of silicon or glass generally changes depending on the wavelength λ, and for example, 3.43 is published as the refractive index n of silicon for a wavelength of 3 μm (Optical Engineering Handbook: p307. reference). However, since the wavelength λ of the laser beam used in the detection optical system varies depending on the type of laser light source, an accurate refractive index n for that wavelength λ is desired. On the other hand, the inventor of the present invention
The Brewster angle θ B of the silicon wafer 1 is directly obtained by an experiment.

【0012】図2は、上記の実験データを示す曲線図
で、横軸は入射角θ1 、縦軸は反射率rと透過率tとを
%で示す。レーザ光源としてアルゴンレーザ管を使用
し、これが発振する488nm波長の直線偏光波の角度
を変えて、[P]偏光波と[S]偏光波を作り、それぞ
れをシリコンウエハ1の表面に投射し、入射角θ1 に対
する反射率r[P],透過率t[P]と、反射率r
[S],透過率t[S]とをそれぞれ測定して図に×で
示す実測値がえられている。反射率r[P]はθ1 =7
6°で極小値を示すので、これが一応ブリュースター角
θB とされ、従って屈折角θ2 は14°とされる。
FIG. 2 is a curve diagram showing the above experimental data. The horizontal axis shows the incident angle θ 1 , and the vertical axis shows the reflectance r and the transmittance t in%. An argon laser tube is used as a laser light source, the angle of a linearly polarized wave having a wavelength of 488 nm oscillated by the argon laser tube is changed to generate a [P] polarized wave and an [S] polarized wave, which are projected on the surface of the silicon wafer 1, The reflectance r [P], the transmittance t [P], and the reflectance r for the incident angle θ 1
[S] and transmittance t [S] are measured, and the actual measurement values shown by x in the figure are obtained. The reflectance r [P] is θ 1 = 7
Since it shows a minimum value at 6 °, it is tentatively defined as the Brewster angle θ B, and therefore the refraction angle θ 2 is set to 14 °.

【0013】ここで念のため、このブリュースター角θ
B が正しいか否かを検討してみる。上記の式(5) に、θ
1 =76°,θ2 =14°を代入してn2 を求めると、
シリコンウエハの屈折率n=4.0がえられる。式(5)
のn2 を4.0として種々のθ1 に対するθ2 を求め、
これらを式(1) 〜(4) に入れて、r[P],t[P],
r[S],およびt[S]を算出すると、図に示す計算
値がえられた。r[P]とt[P]の実測値は、ブリュ
ースター角θB (76°)の近傍で1%程度の差異があ
るが、これ以外の測定範囲に関しては、計算値とほぼ正
確に一致しているので、実測値が正しいことが認めら
る。ただし、r[S]とt[S]の実測値は計算値と一
致せず、その理由は詳らかでないが、取りあえず不問と
する。
Here, just in case, this Brewster angle θ
Consider whether B is correct. In equation (5) above, θ
Substituting 1 = 76 ° and θ 2 = 14 ° to obtain n 2 ,
The refractive index n = 4.0 of the silicon wafer is obtained. Equation (5)
Θ 2 for various θ 1 is obtained by setting n 2 of 4.0 to
Inserting these into equations (1) to (4), r [P], t [P],
When r [S] and t [S] were calculated, the calculated values shown in the figure were obtained. The measured values of r [P] and t [P] have a difference of about 1% in the vicinity of the Brewster angle θ B (76 °), but for the other measurement ranges, they are almost exactly the calculated values. As a result, it is confirmed that the measured value is correct. However, the measured values of r [S] and t [S] do not match the calculated values, and the reason is not clear, but for the time being, it does not matter.

【0014】図3は、上記の実験結果を踏まえて構成さ
れた、この発明の異物検出光学5の構成を示す。投光系
51はアルゴンレーザ発振管511 をレーザ光源とし、これ
が発振する波長488nmのレーザビームLT をP偏光
波とし、これを集束レンズ512 により集束して、ウエハ
1の表面に対してブリュースター角θB (76°)で投
射する。表面による正反射光R[P]の強度は、投射し
たレーザビームLT の1%程度である。一方、表面で屈
折した透過光T[P]の強度は、透過率t[P]が〜9
9%であるため、ほとんどが表面を透過して内部に侵入
する。ウエハ1の減衰率αは、1.28×104 /cm
とされており、内部に侵入した透過光T[P]は、深さ
が例えば、1μmで27%、2μmで7.7%、3μm
で2%……などと急激の減衰する。
FIG. 3 shows the structure of the foreign matter detecting optical system 5 of the present invention constructed on the basis of the above experimental results. Projection system
Reference numeral 51 designates an argon laser oscillator tube 511 as a laser light source, and a laser beam L T having a wavelength of 488 nm oscillated by the laser beam L T as a P-polarized wave, which is focused by a focusing lens 512 and a Brewster angle θ B with respect to the surface of the wafer 1. Project at (76 °). The intensity of the regular reflection light R [P] by the surface is about 1% of the projected laser beam L T. On the other hand, the intensity of the transmitted light T [P] refracted on the surface has a transmittance t [P] of up to 9
Since it is 9%, most of it penetrates the surface and penetrates inside. The attenuation rate α of the wafer 1 is 1.28 × 10 4 / cm
The transmitted light T [P] penetrating inside has a depth of, for example, 27% at 1 μm, 7.7% at 2 μm, and 3 μm.
2% and so on.

【0015】受光系52は、光軸がブリュースター角θB
と等しい受光角θR に設定され、20°の集光角を有す
る集光レンズ521 とS偏光フィルタ522 、およびPMT
523よりなる。上記の1%程度の正反射光R[P]は、
受光系52の集光レンズ521 により集光されるが、S偏光
フィルタ522 により除去されるのでPMT523 には受光
されず、また投射したレーザビームLT には[S]偏光
波は含まれていないので、その正反射光も存在せず、P
MT523 にはもちろん入射しないので、これらはノイズ
とならない。これに対して表面に存在する異物eは、
[P]と[S]の両成分が混在するランダム偏光の散乱
光Se をランダムな方向に散乱し、その一部が集光レン
ズ521 により集光され、S偏光フィルタ522 により
[P]成分が除去されて[S]成分がPMT523 に受光
される。
In the light receiving system 52, the optical axis is the Brewster angle θ B.
And the S-polarizing filter 522, which has a light-receiving angle θ R equal to, and has a light-collecting angle of 20 °, and the PMT.
It consists of 523. The above-mentioned specular reflection light R [P] of about 1% is
The light is collected by the condenser lens 521 of the light receiving system 52, but is not received by the PMT 523 because it is removed by the S polarization filter 522, and the projected laser beam L T does not include [S] polarized waves. Therefore, the regular reflection light does not exist, and P
Of course, these do not become noise because they are not incident on MT523. On the other hand, the foreign matter e present on the surface is
Randomly polarized scattered light S e in which both [P] and [S] components are mixed is scattered in a random direction, and a part of the scattered light is condensed by the condenser lens 521 and the [P] component by the S polarization filter 522. Are removed and the [S] component is received by the PMT 523.

【0016】図4により、COPとOSFの散乱光Sc
とその受光状態を説明する。(a) において、ウエハ1の
表面に存在するCOPまたはOSFに、レーザビームL
T [P]が投射されると、これらの形状が平面に近いた
め、その散乱光Scは[P]成分が[S]成分より強
く、[P]成分はS偏光フィルタ522 により除去され
て、弱い[S]成分がPMT523 に受光されるので、異
物eの散乱光SeのS/N比はほとんど低下しない。(b)
において、ウエハ1の内部に存在するCOPまたはO
SFに、透過光T[P]が投射されると、これらはラン
ダム偏光の散乱光Sc をランダムな方向に散乱し、その
一部が集光レンズ521 に入射する。この場合、20°の
集光角の集光レンズ521 の集光範囲は、ウエハ1の表面
に対して25°と5°の角度範囲であり、両角度は表面
に対して低角度であるため、この角度範囲に対応する内
部側の角度範囲Δθは1°程度の微小で、集光レンズ52
1 に入射する散乱光Sc は、全体のほんの一部分にすぎ
ない。また、COP,OSFの深さdが深いと、透過光
T[P]と散乱光Sc はともに、前記したように内部で
減衰する。これらにより集光レンズ521 に集光される散
乱光Sc は大幅に減少して、異物eの散乱光Se のS/
N比をほとんど低下させない。以上により、異物eの散
乱光Se は良好なS/N比でPMT523 に受光され、
0.1μm以下の異物eの検出が可能とされる。
According to FIG. 4, scattered light S c of COP and OSF
And the light receiving state thereof will be described. In (a), the laser beam L is applied to the COP or OSF existing on the surface of the wafer 1.
When T [P] is projected, since these shapes are close to a plane, the scattered light S c of the [P] component is stronger than the [S] component, and the [P] component is removed by the S polarization filter 522. Since the weak [S] component is received by the PMT 523, the S / N ratio of the scattered light S e of the foreign matter e hardly decreases. (b)
At the COP or O existing inside the wafer 1.
The SF, the transmission light T [P] is projected, they scatter scattered light S c of the randomly polarized light into random directions, part of which enters the condenser lens 521. In this case, the condensing range of the condensing lens 521 having a converging angle of 20 ° is an angle range of 25 ° and 5 ° with respect to the surface of the wafer 1, and both angles are low angles with respect to the surface. , The angle range Δθ on the inner side corresponding to this angle range is as small as about 1 °, and the condenser lens 52
The scattered light S c incident on 1 is only a part of the whole. Further, when the depth d of COP and OSF is large, both the transmitted light T [P] and the scattered light S c are internally attenuated as described above. Due to these, the scattered light S c condensed on the condenser lens 521 is greatly reduced, and the scattered light S e of the foreign matter e S /
It hardly reduces the N ratio. From the above, the scattered light S e of the foreign matter e is received by the PMT 523 with a good S / N ratio,
It is possible to detect the foreign matter e of 0.1 μm or less.

【0017】上記においては、アルゴンレーザ管511 が
発振する488nm波長のレーザビームを使用したが、
これ以外の、例えばヘリウムネオンレーザ管が発振する
633nm波長のレーザビームの場合について考察す
る。633nm波長に対するシリコンの屈折率は、取り
あえず明確でないが、例えば前記した3μmに対する
3.43の屈折率に対して、式(5) によりブリュースタ
ー角θB を計算すると、73.7°がえられ、この角度
は488nmに対する76°と大差がない。633nm
は、488nmと3μmの間にあるので、そのブリュー
スター角θB も73.7°と76°の間にあると考えら
れる。従って、ヘリウムネオンレーザ管を光源とし、上
記と同様の実験を行って633nm波長に対するブリュ
ースター角θB を求めて投光系51を構成しても、上記と
同様の結果を得ることができる。
In the above, a laser beam of 488 nm wavelength oscillated by the argon laser tube 511 was used.
Other than this, the case of a laser beam having a wavelength of 633 nm oscillated by a helium neon laser tube will be considered. Although the refractive index of silicon for the wavelength of 633 nm is not clear for the time being, for example, when the Brewster angle θ B is calculated by the formula (5) with respect to the refractive index of 3.43 for 3 μm described above, 73.7 ° is obtained. This angle is not much different from 76 ° with respect to 488 nm. 633 nm
Is between 488 nm and 3 μm, the Brewster angle θ B is also considered to be between 73.7 ° and 76 °. Therefore, even if the helium neon laser tube is used as a light source and an experiment similar to the above is performed to obtain the Brewster angle θ B with respect to the wavelength of 633 nm to configure the light projecting system 51, the same result as above can be obtained.

【0018】[0018]

【実施例】図5は、上記の異物検出光学系5を具備した
異物検査装置10の一実施例の構成図を示す。異物検査
装置10は、前記した図3の異物検出光学5を有し、た
だし投光系51には、コリメータレンズ513 と2個のミラ
ー514 ,515 を図示の位置に付加し、受光系52は全く同
一とする。また異物検査装置10は、図6の従来の異物
検査装置と同様に、回転・移動テーブル2とデータ処理
部4とを有する。
FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of a foreign matter inspection apparatus 10 equipped with the above-mentioned foreign matter detecting optical system 5. The foreign matter inspection device 10 has the foreign matter detection optics 5 shown in FIG. 3, except that a collimator lens 513 and two mirrors 514, 515 are added to the projection system 51 at the positions shown in the figure, and the light receiving system 52 is Be exactly the same. Further, the foreign matter inspection device 10 has the rotation / movable table 2 and the data processing unit 4, like the conventional foreign matter inspection device in FIG.

【0019】以下、図5により上記の異物検査装置10
の動作を説明する。被検査のウエハ1は回転・移動テー
ブル2に載置されて、回転と半径方向の移動する。これ
に対して異物検出光学系5のアルゴンレーザ管511 より
の488nm波長でP偏光のレーザビームLT は、コリ
メータレンズ513 により平行とされ、両ミラー514,515
を経て集束レンズ512 によりスポットSP に集束され
て、ブリュースター角θB (〜75°とする)でウエハ
1の表面に投射され、スポットSP がウエハ1の表面を
スパイラル状に走査する。
Hereinafter, referring to FIG.
Will be described. The wafer 1 to be inspected is placed on the rotation / movement table 2 and is rotated and moved in the radial direction. On the other hand, the P-polarized laser beam L T having a wavelength of 488 nm from the argon laser tube 511 of the foreign matter detection optical system 5 is made parallel by the collimator lens 513, and both mirrors 514 and 515 are provided.
Then, it is focused on the spot S P by the focusing lens 512 and projected onto the surface of the wafer 1 at a Brewster angle θ B (up to 75 °), and the spot S P spirally scans the surface of the wafer 1.

【0020】表面に存在する異物eのランダム偏光の散
乱光Se は、受光系52の集光レンズ521 により集光され
て、S偏光フィルタ522 により[S]成分が抽出され
る。一方、表面および内部に存在するCOPとOSF
は、透過光T[P]を散乱し、このランダム偏光の散乱
光Sc は、その一部分が集光レンズ521 により集光さ
れ、S偏光フィルタ522 より[S]成分が抽出され、こ
れが前記した理由により、異物の散乱光Se の[S]成
分より弱いので、異物eの散乱光Se はS/Nがほとん
ど低下せずにPMT523 に受光される。PMT523 が出
力する異物信号はデータ処理部4の異物検出回路41に入
力し、これに設定された適当な閾値vに比較されて微小
なノイズが除去され、0.1μm以下までの異物eと、
それぞれの大きさとが検出される。以下従来と同様に、
検出された大きさデータはデータ編集回路42に入力し、
各異物eのXY座標値が付加されて異物データが編集さ
れ、これがプリンタ43によりプリントされてマップ表示
される。
The randomly polarized scattered light S e of the foreign matter e existing on the surface is condensed by the condenser lens 521 of the light receiving system 52, and the [S] component is extracted by the S polarization filter 522. On the other hand, COP and OSF existing on the surface and inside
Scatters the transmitted light T [P], and a part of the randomly polarized scattered light S c is condensed by the condenser lens 521, and the [S] component is extracted by the S polarization filter 522. reasons, since weaker than [S] component of the scattered light S e of the foreign object, the scattered light S e of the foreign material e is received in PMT523 without lowering almost S / N. The foreign matter signal output from the PMT523 is input to the foreign matter detection circuit 41 of the data processing unit 4, compared with an appropriate threshold value v set therein to remove minute noise, and foreign matter e up to 0.1 μm or less,
The size of each is detected. Hereafter, as in the past,
The detected size data is input to the data editing circuit 42,
The XY coordinate values of each foreign substance e are added to edit the foreign substance data, which is printed by the printer 43 and displayed on the map.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明の異物検
出光学系においては、シリコンウエハの表面に対して、
投光系のレーザ光源よりのP偏光のレーザビームをブリ
ュースター角θB で投射することが大きい特徴で、これ
により、表面によるP偏光の正反射光は零に近い極小値
とされ、さらに受光系のS偏光フィルタにより除去され
て、異物の散乱光に対するその影響が排除され、また表
面と内部に存在する結晶欠陥と酸化物層のランダム偏光
の散乱光とは、それぞれの一部分が受光系の集光レンズ
により集光されるが、S偏光フィルタによりこれらの
[P]偏光成分が除去されて強度が減少するので、表面
に存在する異物の散乱光はS/N比が低下することなく
受光器に受光され、従来困難であった0.1μm以下の
直径の異物までを検出可能とするもので、64メガビッ
ト以上の高集積密度のICに対するシリコンウエハの異
物検査に寄与する効果には、大きいものがある。
As described above, in the foreign matter detecting optical system of the present invention, with respect to the surface of the silicon wafer,
A major feature is that a P-polarized laser beam from a laser light source of a light projecting system is projected at a Brewster's angle θ B , which makes the P-polarized specular reflection light from the surface have a minimum value close to zero, and further receives the light. The S-polarization filter of the system removes its influence on the scattered light of the foreign matter, and the crystal defects existing on the surface and inside and the randomly polarized scattered light of the oxide layer are partially scattered in the light receiving system. Although the light is condensed by the condenser lens, these [P] polarized components are removed by the S polarization filter and the intensity is reduced. Therefore, the scattered light of foreign matter existing on the surface is received without decreasing the S / N ratio. It is possible to detect foreign matter with a diameter of 0.1 μm or less, which was previously difficult to detect by a detector, and contributes to foreign matter inspection of silicon wafers for high integration density ICs of 64 megabits or more. Is, there is a larger.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、この発明におけるブリュースター角の
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a Brewster angle in the present invention.

【図2】図2は、シリコンウエハの反射率などの実験デ
ータを示す曲線図である。
FIG. 2 is a curve diagram showing experimental data such as reflectance of a silicon wafer.

【図3】図3は、この発明の異物検出光学系の構成図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram of a foreign matter detection optical system of the present invention.

【図4】図4は、異物検出光学系における結晶欠陥と酸
化物層によるノイズの発生と受光状態の説明図で、(a)
は結晶欠陥と酸化物層が表面に存在する場合、(b) は内
部に存在する場合である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of noise generation due to a crystal defect and an oxide layer in a foreign matter detection optical system and a light receiving state, (a)
Is the case where the crystal defects and the oxide layer are present on the surface, and (b) is the case where they are present inside.

【図5】図5は、異物検出光学系を具備した異物検査装
置の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a foreign matter inspection apparatus including a foreign matter detection optical system.

【図6】図6は、従来の異物検査装置の説明図で、(a)
は基本構成図、(b) はレーザビームの異物による散乱光
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of a conventional foreign matter inspection device, (a)
Is a basic configuration diagram, and (b) is an explanatory diagram of light scattered by a foreign substance of the laser beam.

【図7】図7は、シリコンウエハの表面または内部に存
在する、結晶欠陥と酸化物層のモデルを示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a model of crystal defects and an oxide layer existing on the surface or inside of a silicon wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコンウエハ、単にウエハ、2…XY移動ステー
ジ、3…従来の異物検査光学系、31…レーザ光源、32…
コリメータレンズ、33…ミラー、34…集束レンズ、35…
集光レンズ、36…光電子増倍管(PMT)、4…データ
処理部、41…異物検出回路、42…データ編集回路、43…
プリンタ、5…この発明の異物検出光学系、51…投光
系、511 …アルゴンレーザ管、512 …集束レンズ、513
…コリメータレンズ、514,515 …ミラー、52…受光系、
521 …集光レンズ、522 …S偏光フィルタ、523 …光電
子増倍管(PMT)、10…異物結晶光学系5を具備し
た異物検査装置、θ1 …入射角、θ2 …屈折角、θB …
ブリュースター角、n…屈折率、λ…波長、e…異物、
Se …異物の散乱光、r…反射率、t…透過率、r
[P]…P偏光波の反射率、r[S]…S偏光波の反射
率、t[P]…P偏光波の透過率、t[S]…S偏光波
の透過率、COP…結晶欠陥、OSF…酸化物層、Sc
…COPとOSFの散乱光。
1 ... Silicon wafer, simply wafer, 2 ... XY moving stage, 3 ... Conventional foreign matter inspection optical system, 31 ... Laser light source, 32 ...
Collimator lens, 33 ... Mirror, 34 ... Focusing lens, 35 ...
Condensing lens, 36 ... Photomultiplier tube (PMT), 4 ... Data processing unit, 41 ... Foreign substance detection circuit, 42 ... Data editing circuit, 43 ...
Printer, 5 ... Foreign matter detection optical system of the present invention, 51 ... Projection system, 511 ... Argon laser tube, 512 ... Focusing lens, 513
… Collimator lens, 514,515… Mirror, 52… Light receiving system,
521 ... Condensing lens, 522 ... S polarization filter, 523 ... Photomultiplier tube (PMT), 10 ... Foreign matter inspection apparatus equipped with foreign matter crystal optical system 5, θ 1 ... Incident angle, θ 2 ... Refraction angle, θ B …
Brewster angle, n ... Refractive index, λ ... Wavelength, e ... Foreign matter,
S e ... scattered light of foreign matter, r ... reflectance, t ... transmittance, r
[P] ... P polarized wave reflectance, r [S] ... S polarized wave reflectance, t [P] ... P polarized wave transmittance, t [S] ... S polarized wave transmittance, COP ... crystal Defect, OSF ... Oxide layer, S c
... COP and OSF scattered light.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】屈折率nのシリコンウエハの表面に対し
て、レーザ光源よりP偏光のレーザビームをブリュース
ター角θB で投射し、該投射されたレーザビームの該表
面によるP偏光の正反射光を零に近い極小値とする投光
系と、該投光系に対して対称的に設けられ、光軸が該ブ
リュースター角θB に等しい受光角θR に設定され、適
当な集光角を有し、該表面に存在する異物によるランダ
ム偏光の散乱光を集光する集光レンズと、該集光された
散乱光のS偏光成分を抽出するS偏光フィルタ、および
該抽出されたS偏光成分を受光して、異物信号を出力す
る受光器よりなる受光系とにより構成されたことを特徴
とする、シリコンウエハ表面の異物検出光学系。
1. A P-polarized laser beam is projected from a laser light source onto a surface of a silicon wafer having a refractive index n at a Brewster angle θ B , and the P-polarized specular reflection of the projected laser beam is performed by the surface. It is provided symmetrically with the light projecting system that makes the light a minimum value close to zero, and the optical axis is set to the light receiving angle θ R equal to the Brewster angle θ B , and the appropriate light collecting is performed. A condensing lens having an angle and condensing randomly polarized scattered light due to a foreign substance present on the surface, an S polarizing filter for extracting an S polarized component of the condensed scattered light, and the extracted S An optical system for detecting a foreign matter on the surface of a silicon wafer, comprising: a light receiving system including a light receiver that receives a polarized component and outputs a foreign matter signal.
【請求項2】前記投光系のレーザ光源は、波長λが48
8nmの前記P偏光のレーザビームを出力するアルゴン
レーザ管を使用し、該波長λに対する前記シリコンウエ
ハの屈折率nを4.0、該屈折率nに対する前記ブリュ
ースター角θB を76°とし、前記受光系の受光角θR
を約76°に、前記集光レンズの集光角を約20°にそ
れぞれ設定したことを特徴とする、請求項1記載のシリ
コンウエハ表面の異物検出光学系。
2. The laser light source of the projection system has a wavelength λ of 48
An argon laser tube that outputs the P-polarized laser beam of 8 nm is used, the refractive index n of the silicon wafer with respect to the wavelength λ is 4.0, and the Brewster angle θ B with respect to the refractive index n is 76 °. Receiving angle of the light receiving system θ R
The optical system for detecting foreign matter on the surface of a silicon wafer according to claim 1, wherein the optical angle is set to about 76 ° and the converging angle of the condenser lens is set to about 20 °.
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